自2021年天和核心艙發(fā)射以來(lái)，已有7個(gè)航天員乘組共21人次前往空間站執(zhí)行飛行任務(wù)。由于太空為真空環(huán)境，為了給航天員提供一個(gè)健康舒適的“太空之家”，空間站環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)控生保系統(tǒng)）發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。如何保證航天員在清新健康的空氣環(huán)境中工作生活？空間站是如何凈化艙內(nèi)空氣的？一同了解↓

△中國(guó)空間站艙內(nèi)畫(huà)面

中國(guó)空間站將在軌運(yùn)營(yíng)10年以上，與短期飛行任務(wù)相比，空間站任務(wù)時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)艙內(nèi)環(huán)境指標(biāo)要求更加嚴(yán)格?？臻g站艙內(nèi)有害氣體可能對(duì)乘組產(chǎn)生較明顯的毒性積累效應(yīng)，并可能造成敏感元件腐蝕、化工產(chǎn)品催化劑中毒等影響。

空間站艙內(nèi)微量有害氣體來(lái)源包括：人體釋放（含大小便），艙體材料和上行貨物釋放，設(shè)備老化等原因的釋氣，食品、個(gè)人衛(wèi)生用品和垃圾釋氣，以及火災(zāi)等其他因素產(chǎn)生的有害氣體。隨著各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)逐步開(kāi)展，空間站艙內(nèi)有害氣體成分日趨復(fù)雜。因此，微量有害氣體作為艙內(nèi)環(huán)境控制的主要對(duì)象之一，在長(zhǎng)期運(yùn)行中的影響更加需要重視。

△艙內(nèi)環(huán)境檢測(cè)

中國(guó)空間站艙內(nèi)微量有害氣體的控制由環(huán)控生保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)的功能是在航天器中創(chuàng)造和維持類(lèi)似地面的環(huán)境條件，保障飛行乘組的在軌生存，實(shí)現(xiàn)人、環(huán)控生保系統(tǒng)與環(huán)境間的物質(zhì)交流和回收。在此過(guò)程中，微量有害氣體也會(huì)隨物質(zhì)循環(huán)同步產(chǎn)生遷移和流轉(zhuǎn)。

空間站艙內(nèi)空氣凈化功能

空間站艙內(nèi)空氣凈化功能主要包括：CO2分壓控制、微量有害氣體濃度控制、微生物控制，同時(shí)還涉及艙內(nèi)濕度控制等功能。

其中，CO2分壓和微量有害氣體濃度控制分別通過(guò)CO2去除子系統(tǒng)和微量有害氣體去除子系統(tǒng)等物化再生生保子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；微生物和濕度控制通過(guò)微生物凈化器、溫濕度控制子系統(tǒng)冷凝水回收環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。

△艙內(nèi)環(huán)境檢測(cè)

相關(guān)的物質(zhì)流轉(zhuǎn)包括：CO2、水汽以及微量有害氣體等在通風(fēng)系統(tǒng)的支持下實(shí)現(xiàn)艙間流轉(zhuǎn)，即通過(guò)各類(lèi)裝置集中處理CO2、去除微量有害氣體和控制濕度，通過(guò)通風(fēng)流場(chǎng)保證其他區(qū)域的CO2、微量有害氣體及濕度濃度場(chǎng)的均勻性。

CO2去除子系統(tǒng)

CO2去除系統(tǒng)是空間站環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)中一個(gè)重要的再生系統(tǒng)，其功能是去除艙內(nèi)由人體代謝產(chǎn)生的CO2，將CO2分壓維持在醫(yī)學(xué)要求范圍內(nèi)，其工作原理是利用吸附反應(yīng)器內(nèi)5A分子篩對(duì)CO2氣體的選擇吸附特性，利用熱真空條件實(shí)現(xiàn)分子篩材料的解吸再生。

微量有害氣體去除子系統(tǒng)

針對(duì)航天器內(nèi)艙體、設(shè)備、物資和航天員產(chǎn)生的各類(lèi)微量有害氣體，微量有害氣體去除子系統(tǒng)通過(guò)物理吸附、化學(xué)吸附和催化氧化的綜合方法予以去除。

微量有害氣體遷移和去除措施

微量有害氣體去除子系統(tǒng)作為空間站的主份控制設(shè)備，主要去除正常條件下釋放到艙內(nèi)的微量有害氣體。在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)空間站艙內(nèi)空氣中的微量有害氣體種類(lèi)、醫(yī)學(xué)指標(biāo)要求以及各類(lèi)去除技術(shù)的特點(diǎn)，確定了有害氣體產(chǎn)生規(guī)律和適用于空間站的微量有害氣體負(fù)荷模型，針對(duì)性去除艙內(nèi)微量有害氣體。

△航天員在空間站內(nèi)工作

除了微量有害氣體去除子系統(tǒng)這一主要凈化路徑外，經(jīng)分析和評(píng)估，有害氣體還有以下遷移和去除形式：

航天員的汗液和呼出水汽揮發(fā)至座艙大氣中，被溫濕度控制子系統(tǒng)以冷凝除濕的方式實(shí)現(xiàn)收集。根據(jù)系統(tǒng)分析和研制經(jīng)驗(yàn)，空氣中的部分有害氣體負(fù)荷會(huì)隨著冷凝水轉(zhuǎn)移成為水污染物負(fù)荷，最終通過(guò)水處理子系統(tǒng)完成深度凈化處理。少量有害氣體被CO2去除子系統(tǒng)吸收，該系統(tǒng)在控制艙內(nèi)CO2分壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)少量有害氣體的轉(zhuǎn)移和凈化。部分大分子、高沸點(diǎn)的有機(jī)污染物，如全氟烷基類(lèi)有機(jī)物，可能以持久性有機(jī)污染物的形式與懸浮顆粒物、衣屑、灰塵等吸附結(jié)合，其中部分可被微量有害氣體去除子系統(tǒng)去除掉，剩余的則會(huì)經(jīng)過(guò)艙內(nèi)通風(fēng)回路積聚在微生物凈化器等高效過(guò)濾器內(nèi)部，隨過(guò)濾器的定期更換廢棄而被去除。

△微量有害氣體在艙內(nèi)的流轉(zhuǎn)遷移情況

微量有害氣體控制結(jié)果

根據(jù)采樣下行氣體樣本的分析結(jié)果，艙內(nèi)空氣中微量有害氣體控制結(jié)果均大幅低于允許濃度，反映經(jīng)過(guò)微量有害氣體去除子系統(tǒng)凈化后，艙內(nèi)空氣質(zhì)量符合指標(biāo)要求。

目前，微量有害氣體控制能力在中國(guó)空間站上已經(jīng)過(guò)“神舟十二號(hào)”至“神舟十七號(hào)”任務(wù)階段的全面在軌驗(yàn)證，整體空氣指標(biāo)和水質(zhì)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求，證明各凈化子系統(tǒng)分類(lèi)分級(jí)的控制措施有效。

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